Mustade aukude uute simulatsioonide loomine Codexiga
Arvutuslik astrofüüsik uurib tuntud universumi äärealasid, töötades selle nimel, et luua esimene liikuv kujutis mustast august.
„Need tööriistad muudavad väga põhimõtteliselt seda, kuidas me teadust teeme.“
Universumi ääre uurimine
Mustad augud asuvad meie universumi äärealadel ja on astronoomidele raskesti uuritavad taevakehad. Need ei kiirga valgust, neid ei saa otse jäädvustada, sest nad on nii kaugel — ühe nägemiseks oleks vaja Maa-suurust teleskoopi — ning neid valitsev füüsika ei klapi alati meie praeguse arusaamaga.
Arvutusliku astrofüüsiku Chi-kwan „CK“ Chani jaoks pole see kõik mingi uudis. Arizona ülikooli professor CK on musti auke uurinud üle 20 aasta. 2019. aastal kuulus ta Event Horizon Telescope'i koostöörühma, mis lõi esimese pildi mustast august. Sel aastal püüdlevad nad Riikliku Teadusfondi(avaneb uues aknas) toel veelgi ambitsioonikama eesmärgi poole: luua esimene liikuv kujutis mustast august.
CK kogub andmeid Arizona raadioobservatooriumi 12 m raadioteleskoobiga Kitt Peaki riiklikus observatooriumis.
„Mustad augud põhinesid algselt teoorial. Seega on ülipõnev, et suudame neid vaadelda.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
Puuduva mõistmiseks tuleb luua paremaid mudeleid: matemaatilisi lähendusi, mis kirjeldavad, kuidas aine äärmuslikes tingimustes käitub. Kuid need võrrandid on uskumatult keerulised. Isegi suurimatel superarvutitel on nende lahendamisega raskusi ning uute lähenemisviiside väljatöötamine võib võtta aastaid tööd. Seetõttu pöördus CK Codexi poole, et aidata seda protsessi kiirendada.
„Kümne uue lähenduse väljatöötamine võtaks mul kümme päeva. Codexiga saab seda teha minutitega.“
CK kirjutab välja lähendust, mida tema üliõpilased saavad üle vaadata.
CK juhib Arizona ülikoolis oma üliõpilastega rühmaarutelu.
CK käsitsi kirjutatud matemaatiline lähendus.
Uus tehnoloogia, uued lähenemisviisid
Kuna mustad augud asuvad Maast nii kaugel, on ainus viis neid uurida mõõta plasmat, mis neisse langeb. CK loob plasma simulatsioone ja võrdleb neid seejärel teleskoopidega kogutud vaatlusandmetega. „Simulatsioonid jäävad siiski puudulikuks,“ ütleb CK. „Kui võrdleme simulatsiooni vaatlustega, mõistame, et mustade aukude ümber olev plasma on väga väikese tihedusega, seega ei saa me plasmat tegelikult vedelikuna lähendada.“ Ainus viis, kuidas CK saab neid õigesti simuleerida, on jälgida üksikuid elektrone ja ioone. „Ja see on arvutuslikult lihtsalt lahendamatu probleem.“
CK kasutab Codexit, et leida uusi numbrilisi algoritme, mis aitavad tal luua kiiremaid ja stabiilsemaid simulatsioone, rakendades tema kirjutatud agenti oskust. „Codexiga suudame nüüd automaatselt avastada uusi koordinaatteisendusi ja algoritme, mis võivad neid arvutusi kiirendada 1000 korda. See võimaldab meil teha simulatsioone, mis varem polnud võimalikud.“
CK peab endiselt iga Codexi loodud lähenduse ellu viima ja kontrollima, kuid see lähenemine on kiirendanud tema töövoogu ning võimaldab tal pühendada rohkem aega uurimistööle. (Tutvu põhjalikumalt teadusega mustade aukude ja CK töö taga.)
„Väga pikka aega pidid astronoomid ja teadlased olema suurepärased arendajad, et meie probleeme lahendada. AI võimaldab meil keskenduda kodeerimise asemel taas teaduslikele küsimustele.“
Kitt Peaki Arizona raadioobservatooriumi 12 m raadioteleskoop on üks Event Horizon Telescope'i võrgustiku üheteistkümnest observatooriumist.
Codex aitab CK-l teaduskoodi üle vaadata ning leida vigu statistikas ja numbrilistes meetodites, aidates tal saada usaldusväärsemaid tulemusi.
CK Arizona raadioobservatooriumi 12 m raadioteleskoobi juhtimisruumis.
Avastamise tulevik
CK ja Event Horizon Telescope'i meeskond koguvad praegu mustade aukude kohta andmeid; nad loodavad esimese liikuva kujutise avaldada millalgi 2027. aastal. CK on põnevil selle üle, mida ta võib teada saada. „Kui meil õnnestub jäädvustada see esimene video mustast august, avab see uue ajastu horisondi mõõtkavas, ajas muutuvas mustade aukude astrofüüsikas,“ ütleb ta. „See võimaldab meil uurida, kuidas plasma käitub universumi ühtedes kõige äärmuslikumates keskkondades.“
„Kui oled uudishimulik sind ümbritseva maailma suhtes, otsid lihtsalt edasi uusi vastuseid. Ja nii me õpime. Nii arendame oma tehnoloogiat, arendame oma tsivilisatsiooni.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
CK koos Rami, Nayera ja Haydeniga, kolme oma Arizona ülikooli üliõpilasega, kes töötavad samuti mustade aukude andmete analüüsi ja uute simulatsioonide loomise kallal.
„Olen pärit Hongkongi lihtrahva perest. Seega tunnen end uskumatult õnnelikuna, et saan töötada mustade aukude uurimise eesliinil.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
„Inimesed on avastajad. Ja astronoomia on meie avastamise ülim piir. See on üks viis, kuidas inimteadmised saavad jõuda universumi ääreni.“